DE2735769A1

DE2735769A1 - Verfahren zur einstellung der minoritaetsladungstraegerlebensdauer in halbleitern aus einkristallinem silizium

Info

Publication number: DE2735769A1
Application number: DE19772735769
Authority: DE
Inventors: Theodor Oberreuter; Wilhelm Dr Ing Seifert
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: EUPEC GmbH
Priority date: 1977-08-09
Filing date: 1977-08-09
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DE2735769B2; DE2735769C3

Description

"Verfahren zur Einstellung der Minori-
tätsladungsträgerlebensdauer in Halbleitern aus einkristallinem Silizium" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung der Minoritätsladungsträgerlebensdauer in Halbleitern aus einkristallinem Silizium durch Eindiffusion von Platin als Rekombinationszentren in einen Halbleiterkörper mit einer !onenstruktur aus eindiffundierten Zonen verschiedenen Leitungstyps anl unterschiedlich hoher Dotierungskonzentration.
Ein solches Verfahren ist durch die US-PS 3 640 783 (1972) in einer abgewandelten Art bekannt, wobei Platin neben Gold zur Einstellung der Minoritätsladungsträgerlebensdauer (im folgenden durch die Abkürzung M1L bezeichnet) verwendet wird und mittels der Kathodenzerstäubung in Form einer dünnen, bis zu 0,2 /um starken, Schicht auf einem Halbleiterkörper aufgebracht wird.
Durch Journal of Applied Physics, Vol. 47 Nr. 7 (1976)" ist ein Verfahren der eingangs angegebenen Art bekannt, bei dem Platin allein als Rekombinationszentren verwendet wird. Dabei wird Platin (IV)-oxid in Aceton aufgeschlemmt und als platinhaltige Stoffquelle auf einen Halbleiterkörper aufge bracht. Das Platin (IV)-oxid zerfällt bei hohen Tempera turen und kann in den Halbleiterkörper eindiffundieren.
Eine andere Variante des eingangs angegebenen Verfahren die vielfach angewendet wird, besteht darin, daß vor dem Aufbringen der platinhaltigen Stoffquelle eine dünne Phosphorschicht in die Oberfläche des Halbleiterkörpers eindiffundiert wird und dann abgetragen wird. Dabei wird eine im Halbleiter vorhandene Konzentration von ekombinat:ionszentren aus Gold durch die Getterwirkung des Phosphors verringert. Durch das anschließende Aufbringen des Platins und dessen Eindiffundieren bei hohen Temperaturen wirkt schließlich nur dieses als Lebensdauerherabsetzer. Um die M1L ungefähr bei 1 /us einzustellen, sind Konzentrationen der Dies kombinationszentren aus Platin von nahezu 1015 cm-3 im Halbleiter notwendig. Es werden solche Konzentrationen jedoch erst bei Diffusionstemperaturen oberhalb von 900 0C und bei langen Diffusionszeiten oder bei viel höheren Temperaturen und entsprechend kürzeren Diffusionszeiten erreicht (K. Roy, "Neue Technologien für Silizium-Leistungshauelemente MBFT-FBT 76-32). Bei Anwendung langer Diffufusionszeiten kann die M1L nur dann reproduzierbar eingestellt werden, wenn zuvor eine genügend ergiebige platinhaltige Stoffquelle auf dem Halbleiter aufgebracht worden ist. Jedoch bilden sich bei Diffusionstemperaturen um 900 0C herum Platin-Silizium-Verbindungen an der Oberfläche des Halbleiters aus, so da die Oberflächenkonzentration des Platins nicht mehr konstant bleibt und nicht mehr genügend Rekombinationszentren in den Halbleiterkörper eindiffundieren können. Durch Versuche wurde festgestellt, daß deshalb die in Schichten oder Zonen vom n-Leitungstyps eindiffundierten Rekombinationszentren aus Platin mit zu geringen und von Probe zu Probe schwankenden Konzentrationen vorhanden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs angeebene Verfahren zur vinstallung der 1L in Halbleitern aus einkristallinem Silizium so abzuändern, daß die Eindiffusion von Platin bei weitaus geringen Temperaturen als bei 950 °C mit für eine reproduzierhare Einstellung ausreichender Konzentration durchführbar wird.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei der Ausbildung einer Zonenstruktur eines Halbleiterkörpers aus einkristallinem Silizium mit einer Oberflächenzone hoher Dotierungskonzentration des n-Ieitungstyps vor der Eindiffusion von Platin in den Halbleiterkörper ein Zusatzelement mit in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird. das einen größeren Atomdurchmesser als das Siliziumatom hat.
Es bildet diese erfindungsgemäße Maßnahme erst die Voraussetzung dafür, daß in einem Halbleiterkörper aus einkristallinem Silizium die NiL durch Eindiffusion von Platin reproduzierbar eingestellt werden kann. Dies geschieht weiterhin erfindungsgemäß dadurch, daß das Platin bei Temperaturen von 500 oC bis 950 °C in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, und daß die dadurch herabgesetzte Minoritätsladungsträger-Lebensdauer in beliebigen Bereichen des Halbleiterkörpers nach Maßgabe der Diffusionszeit und der Platinmenge in der Stoffquelle eingestellt wird.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme führt dazu, daß das Diffusionsverhalten des Platins, das infolge seiner dissoziativen Diffusion schnell über das Zwischengitter und langsam über Gitterplätze in den Halbleiter eindiffundiert, ausnutzbar wird.
Einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entsprechend wird bei der Ausbildung einer Oberflächenzone hoher Dotierungskonzentration des n-Leitungstyps durch Eindiffusion von Phosphor Antimon in den Halbleiterkörper mit eindiffundiert.
Vorteile der Erfindung werden darin gesehen, de.ß eine cfriedigend homogene Verteilung der Platinatome in Siliziumbqueementn ob schon bei verhältnismäßig niederen Diffusionstemperaturen erzielbar ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist sehr einfach und mit Erfolg ausführbar bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen aus Silizium, deren Halbleiterkörper eine Zwei- oler + Mehrzonenstruktur erhalten, beispielsweise pn-, pnn -, p pn-, pnpn+ - und pn+npn+-Strukturen, bei denen also je eine Zone des n-Leitungstyps, die eine normale oder eine hohe Dotierungskonzentration haben kann, als Emitter eine Oberflächenzone bildet. Wird eine solche Zonenstruktur durch Eindiffusion von z.B. Gallium- und Phosphoratomen in dem Halbleiterkörper hergestellt, so wird der p-2mitter z.B. durch Eindiffusion von Galliumatomen, der n-Emitter durch Eindiffusion von .'hosphoratomen ausgebildet. Durch die in den Halbleiter eindiffundierten Phosphoratome, deren Durchmesser nahezu so groß wie der Durchmesser der Siliziumatome ist, wird das Siliziumgitter weniger deformiert als durch in den Halbleiter eindiffundierte Dotierunsstoffatome, wie das Antimon, mit größerem Durchmesser als der Durchmesser der Siliciumatome.
Durch in den Halbleiter eindiffundierte Dotierungsatome wie Antimon wird das Kristallgitter des Siliziums nicht nur deformiert, es werden außerdem Leerstellen in erhöhter Konzentration erzeugt. Antimonatome werden deshalb bei der .Qusbildung des n-Emitters durch Eindiffusion von Phosphoratomen mit in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Es bewirkt dieser Dotierungszusatz, daß bei der sich anschließenden Eindiffusion des Platins zur Herabsetzung der M1L auf z.B. 1 /us die Platinatome bei etwa 900 0C und einer Diffusionszeit von 1 h genügend schnell und weit in den Halbleiterkörper eindringen und sich auf die Leerstellen verteilen können. Die elektrischen Daten des Halbleiterbauelementes werden hierdurch kaum merklich verändert. Dadurch, daß bei etwa 900 OC das Platin auch in genügender Menge in den Halbleiterkörper eindiffundiert, kann die M1L in beliebigen Bereichen des Halbleiterkörpers auf Werte kleiner als 1 µs herahgesetzt werden und sie kann, weil sich bei dieser Diffusionstemperatur die unerwünschten Platin-Silizium-Verbindungen nicht bilden können, gut reproduzierbar eingestellt werden. Es kann sich bei dieser Diffusionstemperatur auch keine Verminderung des Sperrvermögens des anwendungsfertigen Halbleiterbauelementes ergeben.
Die Platinbelegung in der Stoffquelle auf dem Halbleiterkörper für die Einstellung der Minoritätsladungsträger (M1L) kann mittels eines Aufdampfprozesses hergestellt werden, wobei eine Schicht von maximal 0,1 /um aufgebracht wird, oder es kann elementares Platin in einer Stärke von 0,05 /um bis maximal 0,1 /um aus einer Lösung von Hexachloroplatinsäure, Flußsäure und Wasser stromlos abgeschieden werden.
Dabei werden die zu belegenden Halbleiterscheiben in einer Lösung aus 1 g H2PtCl6. 6H2O(Hexachloroplatin-IV-Säure), 400 ml deionisiertem Wasser und 300 ml 40 HP(PluPsäure) bewegt. Die Bewegungszeit beträgt ca 10 Minuten. Die dann belegten Halbleiterscheiben werden mit deionisiertem Wasser abgespült und getrocknet. Anschließend wird das Platin bei einer Temperatur von 900 °C bis 93000 1 Stunde lang eindiffundiert, so daß dann nach diesem Beispiel die Ilinoritätsträgerlebensdauer auf werte von 0,6 bis 0,7 /us eingestellt ist

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Einstellung der Minoritätsladungsträger-Lebensdauer in Halbleitern aus einkristalilnem .?iliziu durch Eindiffusion von Platin als Rekombinationszentren in einen Halbleiterkörper mit einer Zonenstruktur aus eindiffundierten Zonen verschiedenen Leitungstyps und unterschiedlich hoher Dotierungskonzentration, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausbildung einer Zonenstruktur mit einer Oberflächenzone hoher Dotierungskonzentration des n-Leitungstyps vor der Eindiffusion von Platin in den Halbleiterkörper ein Zusatzelement mit in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, das einen größeren Atomdurchmesser als das Siliziumatom hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Platin bei Temperaturen von 500 OC bis 950 °C in den Hlbleiterkörper eindiffundiert wird, und daß die dadurch herabgesetzte Minoritätsladungsträger-Lebensdauer in beliebigen Bereichen des Halbleiterkörpers nach Maßgabe der Diffusionszeit und der Platinmenge in der Stoffquelle eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai3 bei der Ausbildung einer Oberflächenzone hoher Dotierungskonzentration des n-Leitungstyps durch Eindiffusion von Phcsphor Antimon in den Halbleiterkörper mit eindiffundiert wird.